开关过电片冲压模具设计(二)

1.5 课题的主要特点及意义
 该课题主要针对电器开关过电片零件，在对过电片冲孔、落料和压弯等成形工艺分析的基础上，提出了该零件采用多工位级进模的冲压方案；根据零件的形状、尺寸精度要求，设计过程中综合考虑采用“双列直对排法”排样，成形侧刃定位，保证工件的尺寸和形状位置精度要求的同时，提高了材料的利用率和劳动生产率。
 本课题涉及的知识面广，综合性较强，在巩固大学所学知识的同时，对于提高设计者的创新能力、协调能力，开阔设计思路等方面为作者提供了一个良好的平台。
第2章 冲压工艺方案的制定
 该零件为某电器开关过电片，是一家电器生产企业产品中的一个主要零件，如图2-1所示,
 
 
 
 其作用是通过开关扳手的运动由过电片让电流通或断。该零件生产属于大批量生产，零件结构紧凑，冲裁壁厚很小（最小处为0.75mm），成形过程相互干涉，在复合模中难于实现；若用简单的落料、冲孔、弯曲模等单工序模也可达到冲压要求，这样模具虽然简单了，但是冲压所用的设备和人员较多，冲压工序中的定位也较麻烦，加上零件较小，装料时易产生不安全的现象，而且工序较多效率较低故不被推广。为减少零件在生产中的多次定位对其精度和生产率的影响，一要产品批量较大，对零件的一致性要求较高，二是具有H68良好的弯曲和冲裁性能，经过反复比较，适宜采用较为复杂的多工位级进模制造。
2.1 工艺分析
本电器开关过电片从总体上看是一个带双孔的“”形弯曲件，该零件需要控制的尺寸有11±0.11mm，6+0.090mm，6.2+0.090mm，5-0.120mm，分别为公差等级IT11，IT12级，其余尺寸均为未注公差，可以按IT12级取公差。该零件材料为H68普通黄铜，料厚为0.5mm，因而从尺寸精度和材料方
 面分析比较适合用冲压加工。经计算得零件毛坯展开尺寸，如图2-2所示，
 
 
 
 
 

 最长处为22.86mm，最宽处为6.8mm，属于小型冲压件。由于“”形弯曲件两直边折弯方向相反，故弯曲模必须有两个方向的弯曲动作。现改为“”形弯曲件，它是“”形件的成对弯曲，然后再切断为二个“”形件，这样使两边的弯曲力相互平衡，同时也减少了弯曲时的毛坯移动。
2.2 排样图设计
 排样图是多工位级进模设计的关键，它具体反映了零件在整个冲压成形过程中，毛坯外形在条料上的截取方式及与相邻毛坯的关系，而且对材料的利用率、冲压加工的工艺性以及模具的结构和寿命等有着显著的影响[5]该过电片零件形状一头大一头小，若采用单列排样则材料的利用率较低，故采用双列排样；又为了减少制件在冲压时的移动和抵消弯曲力，综合考虑采用“双列直对排法”，由于制件较小，采用“双列直对排法”排样的模具体积也不会很大，同时按“双列直对排法”排样为“一模四件”生产，大大提高了生产效率，因此这样的排样比较科学合理。查文献[6]表2-13取搭边值a=1.2mm，冲切外形时工件间的搭边连接最小宽度取1.8mm。故应针对零件和零件展开后的工艺特点，并综合考虑工艺分析各个因素后，设计合理的排样图及具体工位安排。
 故：条料宽度 b=22.86mm×2 + 1.2mm×2 + 1.8mm =49.92mm，取b=50mm；
 冲压进距 h=6.8mm + 5mm + 1.2mm×2 =14.2mm
 毛坯排样图如图2-3所示：
 
 
 
 
 根据以上分析，冲压如图2-1所示的零件的级进模分为四个工位。
 第一工位：定距冲外形；
 第二工位：冲圆孔和腰形孔；
 第三工位：“”形弯曲，由导正销在圆孔中定位；
 第四工位：切断“”形件，分离得四个“”形制件。
 计算材料的利用率，一个进距内的冲裁面积A：
 A=92.5mm2+19.6mm2×4+15.9mm2×4+51.8 mm2=286.3 mm2
 其中，A包括一个进距内冲出的小孔面积142mm
 故一个进距的材料利用率为：
 ﹙50×14.2－286.3／50×14.2﹚×100％==59.7%
 若冲出的小孔材料可以加以利用，则由本排样方案计算一个进距的材料利用率为：
η＝[50×14.2-﹙286.3－142﹚／50×14.2]×100％＝79.7％
 
 
第3章 模具总体结构设计
 模具总体结构如图3-1所示，该模具采用后侧导柱模架，冲圆孔凸模19，冲腰形孔凸模18，切断凸模15，切边凸模20，压弯凸模（成形侧刃）16，导正销29分别和凸模固定板5采用压入式装配，用圆柱销23在上模座上定位，与垫板4一起固定在上模座上；凹模11采用整体加工而成，为了便于制造、试模和维修，压弯凹模镶块17两件采用镶拼结构，嵌入冲裁凹模槽孔内，并用螺钉加以固定；条料送进步距由成形侧刃定位控制，制件弯曲由导正削精定位，所有凸模卸料由弹性卸料板7完成，冲孔、切边和切断废料由凹模下面的漏料孔逐步排出，制件从料头分离，由模具终端沿凹模斜面自动落下。
3.1 条料定位装置
 由于侧刃定距方式使冲压时材料送进准确可靠，但增加了材料的消耗，也使模具的制造维修趋于复杂。侧刃的成形冲切即发挥了侧刃定距的优点，又使得有搭边排样的有废料冲压变为无废料、少废料冲压。
 成形侧刃冲压是将拟选用的侧刃与工件某部分的冲裁结合，利用冲切出条（带）料的缺口代替普通侧刃的切边缺口实现送料限位定距，省去普通侧刃冲切后仍需留出落料冲切的搭边，实现少无废料排样的冲裁[7]。资料表明：在级进模上使用成形侧刃与使用普通侧刃相比，不仅可以节省冲压材料6%-10%，成本降低2%-6%，而且可以使连续冲压保持较高的劳动生产率的同时，保证工件具有较高的尺寸和形状位置精度。
 
 

 本设计在送料前进方向的两侧采用双成形侧刃定距，如图2-3所示，
 
 
 
 即为使用成形侧刃的排样图，侧刃长度稍大于送料进距，以便导正销伸入预冲孔时导料略后退。成形侧刃尺寸按式（3-1）计算：
 L=h+（0.05～0.10）                   （3-1）
 式中，L—成形侧刃断面沿送料方向的长度（mm），这里；
       h—步距（mm）
 精确定位由导正销29与条料上的导正孔φ5来实现，该模具装有2件导正销，结构形式如图3-1所示，条料宽度方向由左、右导料板28导向，承料板22承料。
3.2 出料装置
 采用弹性卸料板7卸料，弹性卸料板由弹簧6产生的弹性实现卸料，并穿过卸料螺钉3杆部安装在凸模固定板与卸料板之间。导正销与导正孔之间存在一定的间隙，一般可以避免导正销卡在导正孔内，若为了防止导正销卡在导正孔内，可以采用在局部设计卸料块与弹簧，靠弹簧产生的弹性实现卸料。冲孔、切边废料和切断废料由凹模下方的漏料孔逐步排出，制件由模具终端沿斜面自动落下。
3.3 模具结构特点 
 采用双成形侧刃对称布置，切边定距，冲出工件部分外形，充分利用料头和料尾。为了便于送料，在冲切外形时工件之间留有一定的搭边连接，在冲弯后再切去，工件成形后由凹模11终端的斜面滑出。
3.4 模具工作过程 
 将裁剪好的宽度为50mm的条料放在下模上，并依靠成形侧刃定位。
 第一步：上模下行卸料板在弹簧作用下压住坯料，切边凸、凹模完成切废料工序；
 第二步：上模上行条料靠手动向前送一步，上模下行冲孔凸、凹模完成冲孔工序，废料从下模的下漏料孔排出；
 第三步：上模上行条料靠手动向前送一步，上模下行由导正销精确定位，弯曲凸、凹模完成弯曲工序；
 第四步：上模上行条料靠手动继续向前送一步，上模下行由切断凸、凹模完成切断工序，废料从下模的下漏料孔排出，同时有四个制件从模具终端落下，完成整个冲压过程。 
第4章 模具零件的设计与计算
4.1 凸、凹模刃口尺寸的计算
4.1.1 凸、凹模间隙的选择
 凸、凹模间隙值的大小对冲压制件质量、模具寿命、冲压力的影响很大，是冲压工艺与模具设计中的一个极其重要的工艺参数。根据零件材料及料厚，查文献[8]表2-10，确定冲裁刃口始用双面间隙值：Zmin=0.025 mm， Zmax=0.045 mm。至于压弯时凸模与凹模之间的间隙，按材料的性能、厚度以及弯曲件的高度和宽度（弯曲线的长度），取单边间隙C=（1.0～1.1）t，这里取C=0.5 mm。另外，设计中考虑在合模时使毛坯完全压靠，以保证弯曲件的质量和尺寸精度。
4.1.2 凸、凹模刃口尺寸计算
  冲压制件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，合理间隙的数值也必须靠模具的刃口尺寸来保证。因此，正确确定模具刃口尺寸极其公差，是设计冲模的主要任务之一。
 （1）切边凸、凹模刃口尺寸计算
 由于该零件切边形状比较复杂，且为薄材料，为了保证凸、凹模之间的间隙值，拟采用凸、凹模配合加工的方法。先做凸模，然后配做凹模，具体可采用成形磨削加工刃口。
 根据零件切边形状，如图4-1所示，
 
 其中未标注公差的尺寸，按IT12级取公差。凸模磨损后尺寸变小的记为A类，有A1=, A2=, A3=，A4=，A5=
 尺寸变大的记为B类，有B1=, B2=,B3=
 ① 对于A类尺寸：
 查文献[6]表2-11得：磨损系数x1=0.75, x2=1, x3=0.75, x4=1, x5=1
 A类尺寸按式(4-1)计算：
                （4-1）
 式中，—凸模制造公差，
 
 
 
 ② 对于B类尺寸：
 查文献[6]表2-11得：x1=1, x2=1, x3=1
 B类尺寸按式(4-2)计算：
              （4-2）
 
 
 该零件切边凹模刃口各部分尺寸按上述切边凸模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值Zmin～Zmax=0.025～0.045mm。切边凸模尺寸标注如图4-2所示。
 
 
 （2）冲圆孔凸、凹模刃口尺寸计算
 圆孔形状简单，为制造方便，凸、凹模拟采用分开加工。
 圆孔尺寸如图4-3，
 
 未注公差按IT12级处理有，按一般要求：模具精度较工件精度高2～3级，查文献[6]表2-10得，，这样将不满足分开加工条件：。
 考虑到圆孔容易加工，可以适当的提高凸、凹模制造精度，按:，
 取，，这样就满足分开加工条件：
 
 先确定凸模刃口尺寸，查文献[6]表2-11得：x=0.75，按（4-3）式计算：
             (4-3)
 则：
 凹模刃口尺寸，按（4-4）式计算：
            （4-4）
 则：,冲圆孔凸模尺寸标注如图4-4所示
 
 （3）冲腰形孔凸、凹模刃口尺寸计算
 腰形孔尺寸如图4-5，

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